淺談平面凸輪的加工及工藝

王軍

摘 要：數(shù)控加工生活中需要加工各種的零部件，在生產(chǎn)加工過程中，我們會遇到一些凸輪類零件，凸輪零件在生活中的應(yīng)用隨處可見，我們要如何加工凸輪類零件呢？我們應(yīng)該慎重的選擇切削參數(shù)，刀具，性能好的機床和合適的銑削方式以達到要求的位置精度，形狀精度和尺寸精度，并且要知道加工過程中發(fā)生欠切和過切現(xiàn)象的分析和解決方法。

關(guān)鍵詞：凸輪；夾具；切削用量

凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的工件，凸輪的主要功能是使從動桿按照工作需求完成各種復(fù)雜的運動，包括直線運動、擺動，等速運動和不等速運動。

凸輪一般可分為三大類：

盤形凸輪：凸輪為繞固定軸線轉(zhuǎn)動且有變化直徑的盤形構(gòu)件。

移動凸輪：凸輪相對機架做直線運動的構(gòu)件。

圓柱凸輪：凸輪是圓柱體，可以看做是將移動凸輪卷成一個圓柱體。

按從動件的形狀分四類：①平底式從動件。頂尖式從動件。②曲底式從動件。③滾子式從動件。④頂尖式從動件。

按凸輪與從動件維持運動副接觸的方式分兩類：①幾何形封閉方式。②力封閉方式。

本文舉例的凸輪按規(guī)格分別屬于盤形凸輪、平底式從動件和幾何封閉方式。我們從拿到圖紙和毛坯到成品的完成需經(jīng)以下步驟：零件圖紙的閱讀；確定裝夾方案；確定進給路線；選擇刀具及切削用量；編制程序，加工和測量檢測；加工后的處理。

1 工藝分析

1.1 零件圖分析

凸輪由于本身運動規(guī)律和傳遞力的特殊性，在各種自動機械、儀表及自動控制裝置中被廣泛應(yīng)用。該凸輪工件是一種平面槽形凸輪，槽寬28mm，工作表面粗糙度為Ra1.6um，材料為HT300。

工件在數(shù)控銑削加工前，φ35G7和φ12H7的兩個基準孔及凸輪槽之外的其他尺寸已加工，半產(chǎn)品為一圓盤。

1.2 確定裝夾方案

一般大型凸輪可以采用等高墊鐵墊在工作臺上，中心孔找正后，確定坐標原點，然后用壓板螺絲在凸輪的工藝孔上壓住。外輪廓平面盤形凸輪的墊塊要小于凸輪的輪廓尺寸，不與銑刀發(fā)生干涉。對于小型凸輪，一般用心軸定位、壓緊即可。

根據(jù)本文的凸輪結(jié)構(gòu)特點，采用一面兩孔定位，以圓盤底面和φ35G7、φ12H7的兩孔作定位基準，并設(shè)計一個一面兩銷的專用夾具。用一塊320mmx320mmx40mm的墊塊，在墊塊上分別精鏜φ35及φ12兩個定位銷安裝孔，并配定位銷，孔距為80±0.05mm，墊板的平面度為0.05，加工前先固定墊板，使兩定位銷孔的中心線與機床的X軸平行，墊板的平面要保證與工作臺面平行，并用百分表檢查。采用兩個螺母夾緊，以提高裝夾剛性，防止銑削時產(chǎn)生震動。

1.3 確定進給路線

該平面槽型凸輪銑削的深度進給方法有兩種：一是按照凸輪槽的輪廓現(xiàn)狀，沿斜線下刀，逐漸到達既定深度；二是先打一個工藝孔，再從工藝孔進刀到既定深度。本例中采用斜線下刀，當(dāng)?shù)竭_既定深度后，刀具在XY平面內(nèi)運動，銑削凸輪輪廓。但要注意，螺旋或斜線的深度等于每次槽深度進刀量。

為保證凸輪的工作表面有較好的表面質(zhì)量，采用順銑方式走刀。

1.4 選擇刀具及切削用量

該工件材料為鑄鐵，是典型的脆性材料，切削時生成崩碎切屑，由于切削與刀具前面的接觸長度短，切削力和切削熱集中在刃區(qū)。雖然切削層單位面積切削力比切削剛時小的多（約為0.6倍），切削溫度也底很多（約比切剛低20%-30%），但切削鑄鐵時刀具切削刃處溫度最高且有很高壓應(yīng)力，再加上切削過程中被切削的金屬層頻繁的無規(guī)則斷裂，使切削過程不太穩(wěn)定，對刀刃有很大的沖擊。因此就要求刀具材料具有較高的強度和沖擊韌度。

通常為提高切削效率要盡量選用大直徑的銑刀；側(cè)吃刀量取刀具直徑的1/3-1/2，背吃刀量應(yīng)大于冷硬層厚度；切削速度和進給速度應(yīng)通過試驗選取效率和刀具壽命的綜合最佳值，可以根據(jù)刀具廠家提供的刀具手冊參考取值。本例中選用20mm高速剛立銑刀進行粗、精加工。

5.工件坐標系

按照設(shè)計基準和工藝加工基準相一致的原則，一般選取較長的設(shè)計基準為工件坐標系的X軸。安裝凸輪前，找正墊板35mm定位銷孔，以其圓心右邊40mm處為工件坐標系XY原點；Z方向原點取凸輪槽上表面。

在加工前需注意檢查工件的裝夾方向是否同電腦中的圖形方向相同。

2 制定加工工藝

根據(jù)加工的特點以及加工工序的劃分，一般可按下列方法進行：

1.以一次安裝、加工作為一道工序。

2.以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。

3.以加工部位劃分工序。

4.以粗、精加工劃分工序。

根據(jù)以上原則，該零件的加工工藝如下：

選用直徑為φ20mm的立銑刀，根據(jù)先粗后精的原則，因此要首先粗加工，留有一定余量。然后再用φ20mm的立銑刀再進行精加工。這樣不僅保證了加工精度又節(jié)約了加工時間。

3 程序編制

凸輪不僅可以用傳統(tǒng)手工編程方法來進行編寫程序，然而我們也可以用一些軟件來對其進行自動編程，下面是利用UG軟件來進行自動編程。它的特點是編程速度較快，加工效率高，加工路線優(yōu)化。但是后處理是采用的指令代碼較為單一，生成程序較長，所以加工時間較長。首先繪圖，然后刀具，然后加工，生成程序。

UG生成并經(jīng)修改后可以直接使用的程序：

%

O0001

G0 G90 G54 X55.9839 Y29.4222 S500 M03

Z5

G3 X68.2318 Y41.8762 Z-3.4 I4.5747 J7.7506 K2.4115

X66.0882 Y45.1783 I-64.8217 J-39.7332 F250.

……… ………

I7.5 J0.0 F250.

G1 X-37.5

Z-32.

G0 Z5.

M02

%

4 加工和測量檢測

4.1 加工

需要指出的是，這個程序采用螺旋下刀和自動換刀功能。采用螺旋下刀是保證下刀時不會對工件造成振動的影響，以及達到保護刀具的作用。采用自動換刀是由于這樣能夠節(jié)省時間，方便加工，同時避免了反復(fù)手工換刀造成的偏差。

加工中我們采用氣槍吹氣來代替切削液沖洗，因為采用小切深，高轉(zhuǎn)速，所以用氣槍就可以達到散熱和保持工件表面清潔的目的。同時也能防止工件由于切削液澆注造成的生銹的情況。

4.2 測量檢測

工件完成后先不將工件卸下，拿塞規(guī)的通止端分別在槽內(nèi)走動，如果通規(guī)走的很順暢，止規(guī)走的很艱難，說明工件尺寸正確。如果通止端都走的很順暢，那就用游標卡尺量一下是否在公差范圍之內(nèi)。如果通規(guī)走的很艱難，說明尺寸還應(yīng)余量，用卡尺量一下，然后再半徑和長度磨耗里將補償改到位。

5 加工后的處理

加工工件后，在確認尺寸和位置精度沒有錯誤的前提下將工件卸下。刀具由于磨損會造成工件銑削的地方產(chǎn)生毛刺，毛刺過多則會影響到精度。所以在毛刺產(chǎn)生時，要用刮刀將切口邊緣沿同一方向刮一圈，以保證尺寸的正確和邊緣的光滑度，不至于劃破手，再將工件擦拭干凈。

工件卸下后，將夾具卸下。將工作臺打掃干凈，關(guān)閉計算機和機床。

6 平面槽形凸輪加工中的過切和欠切

過切的現(xiàn)象即使在各種參數(shù)設(shè)定和CAD圖形都正確的情況下，過切也有可能發(fā)生，最主要的檢查方法是將刀具路徑模擬一遍，在頂視圖、邊視圖上反復(fù)檢查外形銑削時的情況，下刀位置選擇不當(dāng)，也會過切。

平面槽形凸輪工作表面粗糙度要求較高，在加工過程中常會遇到凸輪起點和終點的過切和欠切現(xiàn)象。進刀和退刀位置不重合，造成欠切。

7 結(jié)束語

本文針對平面槽型凸輪的加工做了介紹以及過切欠切現(xiàn)象的分析。 UG軟件的自動加工減少了勞動強度，提高了效率，在實際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，希望大家對UG能有更多的了解，更大限度的發(fā)揮UG軟件在實際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。

參考文獻

[1]主編 侯放 《機床夾具》 中國勞動社會保障出版社

[2]張曉紅 《數(shù)控加工工藝與編程》 武漢大學(xué)出版社 2009

[3]于萬成 《數(shù)控加工工藝與編程基礎(chǔ)》人民郵電出版社 2010